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薛定鄂的猫

Updated: Mar 24, 2019

kt噺句子里的量子科普


量子是啥?

量子不是像原子电子那样的物质。在英语里quantum = packet 就是一种能量的集合。而我们常说的量子就是指quantum mechanics,学术名是量子力学,而我的叫法是量子态或量子生态。目前科学已公认我们的宇宙完全是在量子态里运行的,虽然爱因斯坦在世时接受不了量子的怪异形态(比如同一粒子可同时处于两个位置)。其实量子并不复杂,容易理解,只是人类目前计算不出它是如何波函数塌缩(wave collapse)的,下面会讲到。好些科学家认为以人类的智力永远看不透,或是要到更高的维度才能明了。


那么,量子到底是怎么回事?

宇宙,比如任何基本粒子,光子,电子等等都是以2种形态存在:波和粒子。


1。当它们不被观察的时候,万物是波的形式,波曲线以高可能性和低可能性的机率来分布。这个时候我们的宇宙是随机的(random),我们把它叫做量子世界。


2。当它们被观察时,波就塌缩(wave collapse),就以粒子形态呈现出来,此时,位置等形态都确定了,这就是我们的世界。


量子最著名的段子就薛定鄂的猫(

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger,诺贝尔奖得主)的实验(去看妈咪说的视频),简单的说就是盒子里关的猫在盒被打开前处于死于不死之间,或是既死又活。量子的不确定性。


我们对量子的认识起始于双缝实验。任何物质,光子,电子等射向2条缝都是以波的互相干涉的形式呈现出来(撞击显影在后面竖立的板壁上),在壁上是无数条线。(比如在水面上抡下2个球,2个圆水纹会扩展再互相干涉生出新的水纹。)而不是在双缝后面像我们理解的那样呈2条直的显影线。


但如果放仪器跟踪观察(测量)射向双缝粒子的走向轨迹,那样量子波就塌缩,结果就不再是波纹(无数条深浅不一的线)而是2条直线,变成粒子状。

这说明了以下几点:

1。首先单个粒子如何产生自我干涉(实验一个一个粒子打的,不是同时)。

这里建议去看老吴的“神秘的量子力学”。他借用爱因斯坦的曲面(einstein curvature gravitational field) ,说是空间就是波场,所以粒子在波场里随机运行。

有理论说粒子自行纠缠。

这里至少说明这时粒子是以波的形式在波曲线里随机分布


2。你一跟踪,波就塌缩掉了,粒子就不再是波了。


接下是双缝的加深实验。我极简介绍。把光子经过缝后分解成2个光子(光的折射效应)一个光子继续自由行不受控制,另个被观察。2个缝有同样的分解装置,过双缝后变4个光子。


结果1: 不观察被分解的另一个光子,自由行的光子仍以量子波撞壁。

意义:量子波随机态。


结果2: 在自由行的光子撞壁前观察另个被分解的光子,自由行的光子量子塌缩以粒子撞壁。

意义:量子纠缠(entanglement). 观察一个光子立马影响另一个。就是说不管相距何处,它们互相即时影响,即时通讯。纠缠态动向是反向的,比如一个上旋,另一个一定下旋。所以你看清了一个,立马了解了另一个。


结果3。让自由行光子先撞壁,隔长时间再观察另一被分解的光子,自由行光子也量子波塌缩变粒子。

意义: 量子纠缠没有时间性。过去将来都在现时。将来可以改变过去。反之也然。


好,讲了量子的主要形态:

1,波态。wave function

2。纠缠。entanglement

3。能量集。energy quantised

4。随机不确定性。Heisenberg uncertainty。在量子波函数的众多參数里,我们可以知道一些,但没可能知道全部。


最后量子还有一个穿隧效應(Tunneling), 穿墙走壁的武功。量子的这个特点让我们人类万物存活。太阳里的质子(protons) 互相排斥, 但它们有很小的互相穿隧的可能性,这就是把氢变成氦的过程,由此产生能聚变而得以缓慢为万物输送热量。


量子运行是我们宇宙的基础。宏观上讲我们的世界是被我们看和感应出来或是说固化了的世界。而原本真实的世界是量子态,有亿万种可能。(不知大家听过Christine Welch 的 《一百万个可能》?)。


世界原本的量子波态是我们固化世界的美感源。科学家现在完全确定了宇宙的量子态,但就是检测控制不了。比如不知它随机的规律。比如一不小心改变了过去的一个历史事件,不知这个衍生的新世界去了哪里?就好像时间旅行的悖论,谁回到过去在你爸出生前杀了你爷爷,你如何还在这里?所以有人想出了个平行世界的理论,去了另一个平行世界,让你的似成相识(Déjà vu)有了依据,从而有了好似可相望的离别伤感,如

杜甫的诗:人生不相见,动若參与商。參和商是2顆星,一個升一個降,永遠碰不到,一升一降天衣无缝的量子纠缠,杜甫是量子美学的先驱。


量子原理早就出现在我们日常中,比如金刚经主旨“善护念”,就是一动念你的世界就变了,就是量子塌缩,所以不能乱想,保护好自己的心念。比如上帝把人一劈为两,然后你终生寻找另一半,就是量子纠缠。比如ktxin的《与尔同销万古愁》。比如ktxin的《画本里的奏鸣》:苹果纠缠的另一种结果。你和她在量子塌缩前的其他可能,现时的回跑改变过去的故事,杀戮的人类是否可能有第二次机会等等。古巷楼的2人纠缠和过去将来共处当下。以即ktxin 其它很多句子里的量子态等等。希望看到这里你们也想到了量子态与孤独的含义。


油管上有很多精彩的量子科普。

国内的可看李永乐老师,妈咪说,还有老吴的科普。

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